超声波检测与成像处理系统

超声波检测与成像处理系统

1、超声检测技术的应用超声检测技术作为一种重要的测量技术手段之一，在其开发过程中发挥着重要作用。我们提供了一种有效的一般方法来评估固体材料的微观组织和相关力学性，并确定微观和宏观的连续性。由于其信号的高频特性,超声波检测早期仅使用模拟量信号的分析,大部分检测设备仅有A扫描形式,需要通过有经验的无损检测人员对信号进行人工分析才能得出正确的结论,对检测和分析人员的要求较高。因此,人为因素对检测的结果影响较大,波形也不易记录和保存,不适宜完成自动化检测。八十年代后期,由于计算机技术和高速器件的不断发展,使超声波信号的数字化采集和分析成为可能。这项技术的出现减少了超声波无损检测中人为的因素对测量结果的影响,使波形能记录和保存,并达到检测结果的直观性,同时也实现了超声波检测分析和成像处理。使得工业中超声波检测自动化成为可能。2、过采样检测频率的确定以及软件接口的设置数字式超声波检测和成像处理系统是采用PC微机,以高速实时采集和存储及数字成像为主要技术的实时检测系统。系统主要由下列部分组成:微机(或工控机)系统、超声波脉冲发射器、超声波信号接收器、高速数据采集卡、数据处理和分析软件包以及传感器、探头运动和扫描控制系统等。系统框图如图1所示。系统具备如下基本功能:1)具有A型扫描超声波探伤设备的全部功能和分析方法工作频率:1一40MHZ2)具有可程控和可选择的四通道方式和数据的实时记录检测数据实时存盘3)全汉化用户界面,双计算机协调工作多窗户的图形分析4)可事后分析、处理、测试任何位置范围内的探伤情况5)实时的A扫描显示(单、双、四通道方式可选)、扫查控制显示事后A扫描显示、B扫描显示、C扫描显示,3D显示,各显示方式可相互比较6)分析结果和检测报告软件,打印出分析结果和检测报告超声波在钢中的传播速度、距离和时间的关系公式为:式中:D表示声程(距离)c表示声速T表示传播时间如果采用反射法直探头进行检测(如图2),在其探测范围内的传播时间:式中:H表示工件厚度C表示声速T表示传播时间如果釆用反射法斜探头进行检测(如图3,4),则要考虑入射角和几次声程的影响。采用一次声程探伤,在其探测范围内的传播时间:式中:H表示工件厚度C表示声速T表示传播时间φ表示探头入射角C表示声速T表示传播时间φ表示探头入射角如对于1mm厚的材料进行检测,由于超声波在其中的传播时间仅为0.339μs,要达到10%(0.1mm)的检测精度,必须要能分辨0.0339μs的信号周期,不至于信号重叠而无法分辨。这就要求检测频率至少大于29.5MHZ(1/0.0339μs)的检测频率fM。因此,对于采样频率FN至少满足内奎斯特(Nyquist)频率,即满足条件:FN>2fM,也就是采样频率至少达到60MHZ以上。对于整个系统的设计检测频率上限40MHZ,采样频率必须在80MHZ以上。为了提高信噪比和检测精度,应选择了大于Nyquist采样率的过采样技术。确定了整个系统的采样速率必须达到100MHZ以上。当然,整个系统为了满足不同检测要求的需要,采样速率是可以调整的,在检测频率不是很高时,可以降低采样速率,以减小缓冲容量的要求。接口卡的软件接口包括两个部分:与PCI系统相关的软件接口及与用户应用相关的软件接口。与PCI系统相关的软件接口是PCI总线配置寄存器,包括本接口卡的生产厂商所指定的设备标志号、修订版本号以及PCISIG所分配的厂商标志号寄存器,还有状态寄存器、命令寄存器以及基地址寄存器等等。与用户应用相关的软件接口是与本接口卡实现的特定功能相关的寄存器,包括两组与数据传送有关的起始地址寄存器和结束地址寄存器,还有命令寄存器和状态寄存器。对与用户应用相关的寄存器的操作都应以32位的方式进行。若以8位或16位的方式操作,将产生不可预知的结果。在内存以字节(8位)为单位进行寻址的情况下,在进行16位或32位的操作时认为字节排列顺序如下:高位字节在地址较大的字节上,低位字节在地址较小的字节上,在各个寄存器中,有些寄存器是只读的,有些寄存器是可读可写的,还有一些寄存器是可读可清除的。以上这些属性在以后对每个寄存器的说明中将分别以只读、读/写、读/清的字样标出。对于只读和可读可写属性应该是见词明义,这里就不多作说明。对于可读可清除属性,在这里有必要说明一下。对可读可清除的寄存器作读操作时,与一般的读操作无异。在写操作时,那些写入1的位会被清0,那些写入0的位则不受影响。具体来说,当某个具有可读可清除属性的字节内容为01010101时,若对该字节读,则读出的内容为01010101。若对该字节写入00001111时,该字节的低4位被清0,内容改变为01010000。3、检测结果评定为检测设备的开发提供了可能上述系统可满足频率范围从IMHZ到40MHZ超声波检测采集和分析的需要,同时可以调整采样速率,适应不同检测频率的记录要求。采用全数字式超声波信号显示和处理方式,可以为超声波检测的分析提供必要的数据,对检测结果更为准确和直观。可以更为精确地对缺陷进行定位和定量。同时,为超声波检测设备的开发提供了良好的开发手段。对提高超声波检测设备的开发水平具有积极意义。减少了超声波无损检测中人为的因素对测量结果的影响,使波形能记录和保存,并达到检测结果的直观性,同时也实现了超声波检测分析和成像处理。使得工业中超声波检测自动化成为可能。采用二次声程探伤,在其探测范围内的传播时间:式中:H表示工件厚度从以